Sntesis-de-pigmentos-ceramicos-de-color-violeta-basados-en-oxido-de-estano-dopado-con-cromo-Sn1-xCrxO2

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA 
 DE MÉXICO 
 
 FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES 
CUAUTITLÁN 
 
 
Síntesis de pigmentos cerámicos de color violeta basados en 
óxido de estaño dopado con cromo 
(Sn1-xCrxO2) 
 
 
T E S I S 
 
 
 QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: 
 INGENIERA QUÍMICA 
 
 
 
 P R E S E N T A : 
 GONZÁLEZ GONZÁLEZ YOCELIN BIBIAN 
 
 
 DIRECTOR DE TESIS: DRA. ANA LETICIA FERNÁNDEZ OSORIO 
 
CUAUTITLAN IZCALLI, ESTADO DE MÉXICO 
 2019 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
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respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
1 
 
 
INDICE 
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................. 5 
RESUMEN .............................................................................................................. 6 
Capítulo 1 ANTECEDENTES .................................................................................. 8 
1.1 Pigmentos cerámicos..................................................................................... 8 
1.1.1 Historia .................................................................................................. 10 
1.1.2 Composición química ............................................................................ 11 
1.1.3 Aspectos medioambientales ................................................................. 12 
1.2 Clasificación de pigmentos cerámicos ......................................................... 14 
1.3 Pigmentos color violeta ................................................................................ 15 
1.4 Propiedades físicas y químicas del SnO2 .................................................... 18 
1.5 Soluciones sólidas ....................................................................................... 20 
1.6 Desarrollo del color ...................................................................................... 23 
1.7 Transiciones electrónicas ............................................................................ 26 
1.7.1 Transiciones electrónicas del ion Cr3+ ................................................... 31 
1.7.2 Cromo ................................................................................................... 33 
1.8 Métodos de síntesis de materiales cerámicos ............................................. 34 
1.8.1 Método de reacción en estado sólido o método cerámico .................... 34 
2 
 
1.8.2 Método de coprecipitación y posterior tratamiento térmico ................... 37 
1.9 Técnicas de caracterización ........................................................................ 41 
1.9.1 Difracción de rayos X ............................................................................ 41 
1.9.2 Espectroscopia de UV- visible y método CIE ........................................ 45 
1.9.3 Microscopia electrónica de barrido ........................................................ 48 
Capítulo 2 OBJETIVOS E HIPÓTESIS ................................................................. 50 
2.1 Objetivo general: .......................................................................................... 50 
2.1.2 Objetivos particulares: ........................................................................... 50 
2.2 Hipótesis ...................................................................................................... 50 
Capítulo 3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL .................................................. 51 
3.1 Procedimiento experimental para la síntesis Sn1-xCrxO2 para x= 0.01, 0.03 y 
0.06 .................................................................................................................... 51 
3.1.1 Síntesis del sistema Sn1-xCrxO2 por método en estado sólido ............... 52 
3.1.2 Síntesis del sistema Sn1-xCrxO2 por método de coprecipitación ............ 53 
3.2 Equipos y reactivos ...................................................................................... 55 
Capítulo 4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN............................................................. 56 
4.1 Sistema Sn1-xCrxO2 para x= 0.01, 0.03 y 0.06 preparado mediante el método 
de reacción en estado sólido. ............................................................................ 56 
4.1.1 Patrones de difracción ........................................................................... 56 
4.1.2 Tamaños de cristalito ............................................................................ 61 
3 
 
4.1.3 Obtención de las imágenes de microscopia electrónica de barrido ...... 62 
4.1.4 Obtención de los espectros de absorción de UV-vis (método de 
reflectancia difusa) ......................................................................................... 63 
4.1.5 Análisis del color ................................................................................... 67 
4.1.6 Determinación del color mediante el método de CIE ............................ 69 
4.1.7 Aplicación de los pigmentos sobre porcelanas ..................................... 70 
4.2 Sistema Sn1-xCrxO2 para x= 0.01, 0.03 y 0.06 obtenido mediante el método de 
coprecipitación ................................................................................................... 71 
4.2.1 Patrones de difracción ........................................................................... 71 
4.2.2 Tamaños de cristalito ............................................................................ 75 
4.2.3 Obtención de las imágenes de microscopia electrónica de barrido ...... 76 
4.2.4 Obtención de los espectros de absorción de UV-vis (método de 
reflectancia difusa) ......................................................................................... 77 
4.2.5 Análisis del color ................................................................................... 79 
4.2.6 Determinación del color mediante el método de CIE ............................ 79 
4.2.7 Aplicación de los pigmentos sobre porcelanas ..................................... 81 
4.2.8 Comparación de las propiedades de color de los pigmentos obtenidos por 
ambos métodos de síntesis ............................................................................ 81 
CONCLUSIONES .................................................................................................. 86 
REFERENCIAS ..................................................................................................... 88 
4 
 
ANEXO 1. Cálculos ............................................................................................... 95 
ANEXO 2. Tarjetas de identificación ..................................................................... 99 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
AGRADECIMIENTOS 
A la Universidad Nacional Autónoma de México, en especial a la Facultad de 
Estudios Superiores Cuautitlán, por brindarme la oportunidad de realizarme 
profesionalmente. 
A la Dra. Ana Leticia Fernández, gracias por el apoyo profesional, su paciencia y 
dedicación para poder realizar este trabajo de tesis. 
A los miembros del jurado por sus valiosas observaciones y comentarios que me 
brindaron para el desarrollo de este trabajo. 
Al proyecto PAPIIT IT101416por el apoyo económico. 
Al Laboratorio Central de Microscopía del Instituto de Física de la UNAM (LACMIF) 
y al Dr. Samuel Tehuacanero Cuapa por las facilidades otorgadas para el uso de 
sus instalaciones, así como el apoyo técnico brindado. 
A mis amigos y compañeros de la FES Cuautitlán, por todos los momentos que 
compartimos juntos, en especial a Thalia Macías, Ixsoyen Vázquez y Franco 
Ramírez, sin quienes la Universidad no hubiera sido lo mismo. 
A Jazmin Hernández por su gran amistad y valioso apoyo desde CCH. 
A mi familia por su gran confianza, amor y por estar siempre a mi lado. 
 
 
 
 
 
6 
 
RESUMEN 
Los pigmentos inorgánicos comerciales poseen un tamaño de partícula ubicado 
entre 1-30 m (1m= 1 micra= 10-6 m), en su mayoría son óxidos, sulfuros, 
carbonatos y silicatos. 
Se aplican en pinturas, barnices, plásticos, vidrio, colores para artistas, tintas 
impresoras para papel y textiles, decoración de pieles, materiales de construcción, 
cerámica, imitación de pieles, pisos, caucho, papel, cosméticos, esmaltes y 
recubrimientos cerámicos. 
La mayoría de los pigmentos cerámicos están hechos de una estructura cristalina 
anfitriona que aloja en su celda unitaria muy pequeñas cantidades de cationes de 
metales de transición que son los que imparten color, es decir se forman soluciones 
sólidas, las cuales se definen como compuestos cristalinos con estequiometría 
variable. 
Los pigmentos cerámicos de color violeta son ampliamente usados en la industria 
cerámica, sin embargo, el número de estos pigmentos es muy reducido. Dentro de 
los pigmentos violetas comerciales solo se encuentran el Co3(PO4)2 y el LiCoPO4. 
En este trabajo de tesis se sintetizó el sistema SnO2:Cr3+, o bien la solución sólida 
cuya estequiometría es Sn1-xCrxO2 para x= 0.01, 0.03 y 0.06 por medio de dos 
métodos de síntesis, el método de reacción en estado sólido conocido también 
como método cerámico y por el método de coprecipitación y posterior tratamiento 
térmico. En este sistema, los iones Cr3+ son los iones que imparten color. La 
estructura cristalina del SnO2 es estructura de tipo rutilo, donde los iones Sn4+ 
ocupan sitios de coordinación octaédrica. 
Con los dos métodos de síntesis se obtuvieron pigmentos de color violeta, para las 
concentraciones de 1 y 3% en mol de Cr; con la concentración del 6% en mol del 
ion Cr3+ se obtuvieron pigmentos de color verde olivo. 
7 
 
Las técnicas de caracterización utilizadas fueron difracción de rayos X (método de 
polvos), espectroscopía UV-vis y microscopía electrónica de barrido. 
Estos pigmentos se aplicaron sobre porcelanas y mostraron ser pigmentos 
cerámicos de alta temperatura, impartieron el color que presenta el pigmento 
(porque no siempre es así, hay pigmentos que presentan un color y el color que 
imparten es más claro o más oscuro). 
Estos pigmentos de color violeta no se encuentran reportados dentro de los 
pigmentos cerámicos comerciales. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
Capítulo 1 ANTECEDENTES 
1.1 Pigmentos cerámicos 
El significado actual asociado con la palabra pigmento se originó en el siglo XX. De 
acuerdo con los estándares aceptados, se denomina pigmento a aquella sustancia 
que contiene pequeñas partículas que son prácticamente insolubles en el medio 
donde se aplican y es usada debido a sus propiedades como colorante, de 
protección o magnéticas. A los de naturaleza inorgánica se les conoce como 
pigmentos inorgánicos, pigmentos cerámicos o simplemente pigmentos, a los de 
naturaleza orgánica se les conoce como colorantes. 
Las áreas más importantes de uso de los pigmentos son pinturas, barnices, 
plásticos, colores, tintas de impresión para papel y textiles, decoración de cuero, 
materiales de construcción (cemento, renders, ladrillos de hormigón y baldosas, 
principalmente a base de pigmentos de óxido de hierro y óxido de cromo), imitación 
de cuero, revestimientos de suelos, caucho, papel, cosméticos, esmaltes cerámicos 
y barnices [1]. 
De manera específica, un pigmento cerámico se define como una sustancia 
inorgánica que, mezclada en proporciones 1-5% en peso con matrices vítreas o de 
pasta porcelánica, genera la coloración uniforme de las mismas, para lo que debe 
reunir los siguientes requerimientos básicos [2]: 
1.- Termoestable. Es decir, tiene una estructura cristalina estable a elevadas 
temperaturas. Se pueden distinguir entre pigmentos de baja temperatura y de alta 
temperatura según su estabilidad. Los primeros son utilizables en decoración de 
vajillería doméstica, revestimiento cerámico o incluso pavimento de gres. Los de 
elevada temperatura se utilizan para cerámica fina, loza, y porcelana. 
2.- Insoluble en la matriz vítrea. El pigmento se añade a un esmalte cerámico 
de naturaleza básicamente vítrea y debe mantenerse su entidad estructural en la 
cocción produciendo la coloración homogénea en la matriz. 
9 
 
3.- No modificar las propiedades de la matriz. El pigmento debe ser un 
material con buenas propiedades físicas que no modifiquen las características de 
resistencia mecánica a la abrasión, al agrietamiento y a los agentes atmosféricos, 
así como al ataque a ácidos y bases de la matriz. Desde el punto de vista estructural 
un pigmento cerámico está integrado por una red cristalina anfitriona donde se 
integra el componente pigmentante o cromóforo (normalmente un catión de 
transición) y los posibles componentes modificadores que confieren o reafirman las 
propiedades pigmentantes tales como el rendimiento del color o la tonalidad. 
Se puede considerar que la fabricación de un pigmento consta de dos fases 
diferentes [3]. La primera de ellas es la secuencia de las reacciones químicas en las 
que se forma el pigmento. La segunda fase, que puede ocurrir al mismo tiempo que 
la secuencia de síntesis o que puede implicar tratamientos específicos posteriores, 
asegura que el pigmento se obtenga en la forma física óptima. Esto puede incluir, 
por ejemplo, el desarrollo de la forma cristalina apropiada, el control de la 
distribución del tamaño de grano y la modificación de las superficies de las 
partículas. 
En la fabricación de los pigmentos inorgánicos se emplean varios métodos 
sintéticos. Con frecuencia, los procesos químicos se llevan a cabo en disolución 
acuosa, de la cual se pueden precipitar directamente los pigmentos en un estado 
de agregación adecuado, mientras que, en algunos casos, se hace uso de 
reacciones en estado sólido a temperatura alta. 
 
 
 
 
10 
 
 1.1.1 Historia 
Los pigmentos inorgánicos naturales se conocen desde tiempos prehistóricos. Hace 
más de 60,000 años, el ocre natural se usaba en la Edad de Hielo como material 
colorante. Las pinturas rupestres de los pueblos del Pleistoceno del sur de Francia, 
norte de España y norte África se hicieron con carbón vegetal, ocre, manganeso 
marrón y arcillas, y deben de haberse producido hace más de 30,000 años. 
Alrededor del año 2000 a.C., el ocre natural era quemado, a veces en mezclas con 
minerales de manganeso, para producir pigmentos rojos, violetas y negros para la 
alfarería. El sulfuro de arsénico y el amarillo de Nápoles (un antimoniato de plomo) 
fueron los primeros pigmentos amarillos claros. El Ultramar (lapislázuli) y lapislázuli 
artificial (egipcio espinela de aluminio azul y cobalto) fueron los primeros pigmentos 
azules, la figura 1.1 muestra este pigmento. Terra verte, malaquita y un clorhidrato 
de cobre preparado sintéticamente fueron los primeros pigmentos verdes. Los 
esmaltes de colores para ladrillos (es decir, pigmentos cerámicos) fueron 
ampliamente utilizados por los Caldeos. La calcita, algunas fases del sulfato de 
calcio y la caolinita fueron los primeros pigmentos blancos utilizados en ese 
momento. 
Las técnicas de pintura, esmalte, vidrio y teñido alcanzaron un avanzado estado de 
desarrollo en Egipto y Babilonia. El sulfuro de antimonio y galena (sulfuro de plomo)eran usados comúnmente como pigmentos negros, cinabrio como pigmento rojo, y 
el cobalto de vidrio molido y el óxido de aluminio cobalto como pigmentos azules. 
Desde la época de la migración de los pueblos (siglos IV al VI) hasta finales de la 
Edad Media, no hubo adiciones notables a la gama de materiales colorantes; las 
únicas innovaciones fueron el pigmento reinventado amarillo Nápoles y ciertos 
colorantes para textiles provenientes del oriente. Los nuevos desarrollos en el 
campo de los pigmentos ocurrieron por primera vez a principios del Renacimiento, 
desarrollándose en Europa vidriados azules que contienen esmalte, cártamo y 
cobalto [4]. 
 
11 
 
 
Figura 1.1 Lapislázuli sintético (silicato de cobre y calcio) conocido como azul egipcio. Obtenido 
de Ancient Origins (2015). 
La industria de los pigmentos comenzó en el siglo XVIII con productos como el azul 
de Berlín (1704), azul cobalto (1777), verde de Scheele y amarillo de cromo (1778). 
En el siglo XIX, los pigmentos ultramar, verde Guignet, pigmentos de cobalto, óxido 
de hierro y de cadmio fueron desarrollados en rápida sucesión. Para el siglo XX, los 
pigmentos tomaron mayor importancia como objeto de investigación científica. 
En las últimas décadas llegaron al mercado los pigmentos sintéticos de color rojo 
cadmio, el azul de manganeso, el rojo de molibdeno y las mezclas de óxidos con 
bismuto. Se introdujeron como nuevos pigmentos blancos sintéticos y extensores, 
el dióxido de titanio con estructuras de anatasa o rutilo y óxido de zinc acicular, 
respectivamente, y los pigmentos lustre (efecto metálico, perla/brillo y pigmentos de 
interferencia) han asumido una creciente importancia [5]. 
1.1.2 Composición química 
Los pigmentos inorgánicos generalmente son óxidos, sulfuros, hidróxidos de óxidos, 
silicatos, sulfatos o carbonatos. La mayoría de los pigmentos cerámicos consisten 
en una estructura anfitriona que aloja en su celda unitaria algunos cationes de 
metales de transición que son los que imparten color, es decir se forman soluciones 
12 
 
sólidas, las cuales se definen como compuestos cristalinos con estequiometria 
variable [6]. 
1.1.3 Aspectos medioambientales 
En el contexto de la fabricación y manipulación de pigmentos es imprescindible 
tener en cuenta numerosos aspectos ecológicos, como ocurre normalmente al 
manipular cualquier producto químico. En general, los pigmentos son sustancias 
inertes e insolubles, que suponen tan sólo una carga reducida para el medio 
ambiente, por no decir nula. La industria pigmentaria se ocupa globalmente de la 
protección y conservación del medio ambiente y responde a la normativa ecológica 
pese al rápido proceso de cambio en que está inmersa [7]. 
Su toxicidad está dada por la de los elementos utilizados en su elaboración. Uno de 
los constituyentes básicos son los elementos cromóforos, que comúnmente son 
llamados “metales pesados”. Aunque el término “metal pesado” puede haberse 
derivado originalmente sobre la base de su densidad, esta propiedad por sí misma 
no está necesariamente relacionada directamente con la toxicidad o con el 
comportamiento medioambiental [8]. De hecho, ciertos metales, por ejemplo, el 
hierro el zinc, el manganeso, el cobre, el cromo, el molibdeno y el cobalto, se podrían 
describir técnicamente como “pesados” aunque son esenciales para la vida. Los 
elementos mercurio, cadmio y plomo ocupan un lugar destacado debido a que la 
concentración a la que empiezan a ser perjudiciales para la salud de los organismos 
es muy baja: 0.01, 0.2 y 0.4 mg/l, respectivamente. 
Todos los pigmentos inorgánicos, salvo el dióxido de titanio, el negro de humo y los 
pigmentos de azul de ultramar, contienen metales pesados. Por esta razón es 
preciso tener algunos conocimientos básicos sobre estos metales y los pigmentos 
que los contienen. Aunque actualmente no existe aún ninguna legislación uniforme, 
en general se han acordado límites comunes para los metales pesados en 
pigmentos que se muestran en la Tabla 1.1 
 
13 
 
Tabla 1.1 Límites legales para determinados elementos extraíbles con ácido clorhídrico en 
pigmentos 
Elemento ppm Elemento ppm 
Antimonio 250 Cromo (VI) 100 
Arsénico 50 Mercurio 25 
Bario 100 Plomo 100 
Cadmio 50 Selenio 100 
Al igual que todas las demás sustancias, los metales pesados pueden considerarse 
nocivos para el ser humano y la naturaleza, si se sobrepasan determinadas 
concentraciones. El intervalo de concentraciones admisible en cada caso depende 
del tipo de metal pesado y de la forma en que está presente. Muchos metales 
pesados están firmemente enlazados en el pigmento, de manera que resultan 
insolubles en el suelo o el organismo, teniendo por tanto una biodisponibilidad nula. 
El ejemplo de los compuestos de cromo muestra hasta qué punto el mismo metal 
pesado puede resultar útil y al mismo tiempo tóxico. El cromo es un elemento 
peligroso para la salud, cuando se trata de cromo hexavalente, altamente tóxico, sin 
embargo, el cromo trivalente es 1000 veces menos tóxico [9]. 
Los compuestos cromados hexavalentes, como los pigmentos de cromato de zinc 
o cromato de estroncio, que inhiben la corrosión, se clasifican entre las sustancias 
carcinogénicas; también se sabe que los cromatos de plomo son carcinogénicos. 
En el verde de óxido de cromo, el amarillo de cromo-titanio y algunos pigmentos de 
azul de cobalto, el cromo está presente únicamente en forma trivalente. Estos 
pigmentos son insolubles en agua, medios alcalinos y ácidos minerales. El tracto 
digestivo humano no es capaz de extraer de ellos cantidades notables de cromo; lo 
mismo cabe decir del antimonio contenido en el amarillo de cromo-titanio. En estos 
casos cabe decir que los metales pesados no son biodisponibles. Tampoco se 
liberan en forma de productos calcinados en la incineración de residuos. De esta 
14 
 
forma, los metales pesados son prácticamente inertes y no suponen peligro alguno 
para el hombre o el medio ambiente. 
1.2 Clasificación de pigmentos cerámicos 
Una primera clasificación de los pigmentos cerámicos está basada en el color que 
imparten estos materiales [10], que se puede resumir en la figura 1.2. 
PIGMENTOS INORGÁNICOS
NO OPACOSOPACOSNATURALESSINTÉTICOS
OTROS
COMPUESTOS NO 
ÓXIDOS
ÓXIDOS METÁLICOS 
MIXTOS
ÓXIDOS METÁLICOS
NEGROS COLOREADOS BLANCOS
Hematita
Ocre
Ámbar
TiO2
Zircón
Óxido Estaño
ZnO
ZnS
BaCO3
CaCO3
Catolines
Silicatos
Fe2O3
Cr2O3
Etc.
Espinelas
Rutilos
Zircones
Etc.
CdSSe
Metales
Ultramarinos
Coloides Metálicos
 
Figura 1.2 Clasificación de pigmentos cerámicos según el color. Tomado de Monrós, et al (2003). 
 
Desde el punto de vista estructural, W.D.J. Evans en 1968, ofreció una clasificación 
sistemática de los pigmentos basada en la estructura cristalina, de manera similar 
al esquema de la figura 1.3. Por la forma física de cómo se produce la coloración en 
el esmalte, se pueden dividir en colores solubles y colores insolubles; los solubles 
se producen por iones de elementos de transición y dan esmaltes coloridos 
transparentes en los que influye el propio color del soporte cerámico. Los insolubles 
se obtienen mediante compuestos que presenten una gran inercia a la disolución 
15 
 
en el esmalte quedando en suspensión dispersada en éste. Estos colores insolubles 
se dividen según Evans, en colores producidos por metales, por compuestos no 
óxidos y por óxidos, tal y como se presenta en la figura 1.3. 
PIGMENTOS CERÁMICOS
Compuestos sin color 
coloreados por óxidos
Soluciones sólidas de 
compuestos coloreados
Compuestos coloreados estructurales 
Espinela de aluminato de cobalto CoAl2O4
Pigmentos Mordientes
Amarillo de Vanadio-Estaño V2O5/SnO2
Amarillo de Vanadio-Zirconia V2O5/ZrO2
Soluciones sólidas de compuestos coloreados 
o no coloreados
Rosa de Cromo-Estaño CaO SnO2 SiO2(Cr)
Rosa de Cromo-Alúmina Al2(Cr)O3
Coloides metálicos Óxidos No óxidos
Oro, Rubí, etc.
 
Figura1.3 Clasificación de pigmentos cerámicos de Evans. Tomado de Monrós, et al (2003). 
 
1.3 Pigmentos color violeta 
Hay un gran interés tecnológico en desarrollar nuevos pigmentos cerámicos de color 
violeta, así como optimizar las propiedades ópticas de los pigmentos violetas 
conocidos. La mayor parte de los que son utilizados industrialmente presentan 
tonalidades rosas (estructura rutilo-casiterita y esfena de estaño-cromo) o azules 
(fosfato de cobalto) de acuerdo con la clasificación DMCA (Dry Color Manufactures 
Association) [11], que incluye todas las sustancias químicas, sean tóxicas o no, que 
son manufacturadas, importadas o procesadas en EE UU, y se presentan en la tabla 
1.2. 
 
16 
 
Tabla 1.2 Clasificación estructural de pigmentos cerámicos de la DCMA 
Número DCMA Nombre y estructura cristalina 
 
 1-01-4 
 
 2-02-1 
 
 3-03-5 
 3-04-5 
 3-05-3 
 3-06-7 
 
 4-07-3 
 
 5-08-2 
 5-45-3 
 
 6-09-8 
 
 7-10-2 
 
 8-11-1 
 8-12-1 
 
 9-13-4 
 
 10-14-4 
 
 11-15-4 
 11-16-4 
 11-17-6 
 11-18-6 
 11-19-6 
 11-20-6 
 11-21-8 
 11-22-4 
 11-23-4 
 11-24-8 
 11-46-7 
 11-47-7 
 
 12-25-5 
 
 13-26-2 
 13-27-2 
 13-28-2 
 13-29-2 
 13-30-3 
 13-31-3 
I. Badeleyita 
Badeleyita amarilla de zirconio-vanadio, (Zr,V)O2 
II. Borato 
Borato púrpura de cobalto-magnesio, (Co,Mg)2B2O5 
III. Corindón-Hematita 
corindón rosa de cromo-alúmina, (Al,Cr)2O3 
corindón rosa de manganeso-alúmina, (Al,Mn)2O3 
hematita verde oscura de cromo 
hematita marrón de hierro 
IV. Granate 
granate verde victoria, Ca3Cr2(SiO4)3 
V. Olivino 
olivina azul de silicato de cobalto, Co2SiO4 
olivina verde de silicato de níquel, Ni2SiO4 
VI. Periclasa 
periclasa gris de cobalto-níquel, (Co,Ni)O 
VII. Fenacita 
fenacita azul de silicato de cobalto-cinc, (Co,Zn)2SiO4 
VIII. Fosfato 
fosfato violeta de cobalto, Co3(PO4)2 
fosfato violeta de cobalto-litio, LiCoPO4 
IX. Priderita 
priderita amarillo-verdosa, Ba3Ni2Ti17O39 
X. Pirocloro 
pirocloro amarillo de antimoniato de plomo, Pb2Sb2O7 
XI. Rutilo-Casiterita 
rutilo amarillo de níquel, titanio y antimonio, (Ni,Ti,Sb)O2 
rutilo amarillo de níquel, titanio y niobio, (Ni,Ti,Nb)O2 
rutilo ante de titanio, cromo y antimonio, (Ti,Cr,Sb)O2 
rutilo ante de titanio, cromo y niobio, (Ti,Cr,Nb)O2 
rutilo ante de titanio, cromo y wolframio, (Ti,Cr,W)O2 
rutilo ante de titanio, manganeso y antimonio, (Ti,Mn,Sb)O2 
rutilo gris de titanio, vanadio y antimonio, (Ti,V,Sb)O2 
casiterita amarilla de estaño-vanadio, (Sn,V)O2 
casiterita roja de cromo-estaño, (Sn,Cr)O2 
casiterita gris de estaño-antimonio, (Sn,Sb)O2 
rutilo marrón de Ti-Sb-Cr-Mn, (Ti,Sb,Cr,Mn)O2 
rutilo marrón de titanio, niobio y manganeso, (Ti,Nb,Mn)O2 
XII. Esfena 
esfena carmín de estaño-cromo CaSnSiO5:Cr2O3 
XIII. Espinela 
espinela azul de aluminato de cobalto, CoAl2O4 
espinela gris-azul de estannato de cobalto, Co2SnO4 
espinela azul de aluminato de cobalto y cinc, (Co,Zn)Al2O4 
espinela verde-azul de cromo-aluminato de cobalto, Co(Al,Cr)2O4 
espinela verde de cromato de cobalto, CoCr2O4 
espinela verde de titanato de cobalto, Co2TiO4 
17 
 
 13-32-5 
 13-33-7 
 13-34-7 
 13-35-7 
 13-36-7 
 13-37-7 
 13-38-9 
 13-39-9 
 13-40-9 
 13-41-9 
 13-48-7 
 13-49-2 
 13-50-9 
 13-51-7 
 
 14-42-2 
 14-43-4 
 14-44-5 
espinela rosa de cromo de cromo-aluminato de cinc, Zn(Al,Cr)2O4 
espinela marrón de hierro-cromo, Fe(Fe,Cr)2O4 
espinela marrón de titanato de hierro, Fe2TiO4 
espinela marrón de ferrita de níquel, NiFe2O4 
espinela marrón de ferrita de cinc, (Zn,Fe)Fe2O4 
espinela marrón de cromita de cinc-hierro, (Zn,Fe)(Fe,Cr)2O4 
espinela negra de cromita de cobre, CuCr2O4 
espinela negra de hierro-cobalto, (Fe,Co)Fe2O4 
espinela negra de cromita de cobalto-hierro, (Fe,Co)(Fe,Cr)2O4 
espinela negra de ferrite de manganeso, (Fe,Mn)(Fe,Mn)2O4 
espinela marrón de manganeso, hierro y cromo, (Fe,Mn)(Fe,Mn,Cr)2O4 
espinela azul de aluminio, estaño y cobalto, (Sn,Co)(Al,Co)2O4 
espinela negra de níquel, hierro y cromo, (Ni,Fe)(Fe,Cr)2O4 
espinela marrón de cinc, cromo y manganeso, (Zn,Mn)(Mn,Cr)2O4 
XIV. Circón 
circón azul de circonio-vanadio, (Zr,V)SiO4 
circón amarillo de praseodimio-circonio (Zr,Pr)SiO4 
circón rosa de hierro-circonio, (Zr,Fe)SiO4 
 
De acuerdo con esto, se han ido desarrollando variedades de pigmentos sintéticos 
que cumplan con las exigencias de este color, ya que, a pesar de que los pigmentos 
de cobalto son muy resistentes a la luz, también son muy costosos [12]. 
La figura 1.4 muestra un ejemplo de la gama de coloraciones violetas que presentan 
los pigmentos cerámicos comerciales. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.4 Pigmentos comerciales que presentan coloraciones violetas. Tomada de TREBOL. 
Colorantes cerámicos (2014). 
CD3011 
Coral 
Zr-Fe-Si 
CD3012 
Rojo Carmesí 
Cr-Sn-Ca-Si 
18 
 
1.4 Propiedades físicas y químicas del SnO2 
El estaño y el oxígeno forman dos compuestos estables; el Sn puede presentar 
estado de oxidación Sn2+ y formar el SnO, o puede tener estado de oxidación Sn4+ 
y formar el SnO2, de estás dos la fase más estable es el SnO2. Estos óxidos se 
caracterizan por ser anfóteros. 
El nombre dado al dióxido de estaño SnO2, proviene del griego kassiteros que 
significa casiterita. La casiterita está compuesta de un 77.6% de estaño y un 21.4% 
de oxígeno, el otro porcentaje puede ser de hierro, tantalio, niobio y otros elementos. 
Este material es duro, denso, frágil y químicamente estable ante el ataque de 
ácidos. Aparece en cristales gruesos, prismáticos, normalmente en maclas 
pertenecientes al sistema tetragonal con variantes ditetragonales y bipiramidales 
[13]. 
 
 
 
 
A temperatura ambiente posee una energía de formación de 1.9x103 J/mol y una 
capacidad calorífica Cp= 52.59 J/molK. La densidad del dióxido tiene un valor 
aproximado de 6.95 g/cm3, con un punto de fusión de 1630ºC, una dureza de 6 a 7 
en la escala de Mohs, es insoluble en agua y ácidos diluidos, pero se disuelve en 
hidróxidos formando estanatos [14]. 
La casiterita presenta un sistema tetragonal correspondiente a la clase 4/m 2/m 2/m, 
al grupo puntual y al grupo espacial P42/mmm, con parámetros de red a= 4,7374 Å 
y c= 3.1863 Å. El Sn4+ ocupa dos sitios (0,0,0; ½, ½, ½), y el O2- se encuentra en 
cuatro sitios, ± (x,x,0; ½+x, ½-x, ½), con x=0.307. En esta estructura, los seis átomos 
Figura 1.5 Casiterita tetragonal; bipiramidal ditetragonal. Tomado de Hurlbut 
(1959). 
19 
 
de oxígeno alrededor del Sn forman un octaedro en el cual cuatro distancias Sn-O 
son ligeramente diferentes de las otras dos [15], como se muestra en la figura 1.6. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La casiterita se puede visualizar como 
cadenas de octaedros de SnO6 enlazados, 
donde cada uno de éstos comparte un par 
de aristas opuestas y las cadenas se unen 
compartiendo los vértices. 
 
 
Es un semiconductor con un ancho de brecha de energía, Egap entre 3.6 eV-3.8 eV, 
es muy estable y presenta una combinación adecuada de propiedades mecánicas, 
químicas, electrónicas y ópticas, que permiten usarlo en un gran número de 
Figura 1.6 Estructura de la celda unitaria de SnO2 tipo rutilo 
P42/mnm. Los átomos rojos son oxígenos y los grises estaños. 
Figura 1.7 b) estructura de superficie (110) y 
c) estructura de superficie (101) 
20 
 
aplicaciones como: sensores de gases nocivos (como CO, hidrocarburos y ácido 
sulfúrico) [16], electrodos transparentes para celdas solares (foto sensor) [17], en la 
preparación de cristales líquidos, ánodos para baterías de litio, transistores en 
membranas de nano y ultracentrifugación [18], recubrimientos anticorrosivos, 
catálisis para conversión de etanol a CO/O2 [19], varistores para proteger de 
sobretensiones a equipos eléctricos y electrónicos [20]. Por otro lado, cuando el 
SnO2 se dopa con ciertos elementos como Sb, F, Nb, incrementa su conductividad 
eléctrica y puede llegar a ser reflectivo a la radiación infrarroja. Además,si es 
dopado con V y Fe, puede mejorar su actividad catalítica y también al usarse como 
sensor de gas, dando como resultado un material más sensible y selectivo a 
diferentes especies químicas [21]. 
En cuanto a sus aplicaciones en cerámica, el óxido de estaño se utiliza ampliamente 
como opacificante en esmaltes para producir color blanco. También se utiliza como 
estructura anfitriona en la síntesis de pigmentos cerámicos, entre los que se 
conocen un gris de antimonio-estaño modificado por MnO, SiO2 y/o TiO2, y el 
amarillo-naranja de V-Sn, obtenido por calcinación a 1200°C [22]. 
1.5 Soluciones sólidas 
Una solución solida es básicamente una fase cristalina que puede tener 
composición variable [23]. Como cristales dopados, las soluciones sólidas simples 
pueden ser de dos tipos: 
• Soluciones sólidas de sustitución: el átomo o ion que es introducido 
directamente reemplaza un átomo o ion de la misma carga en la estructura 
“original”. 
• Sólidas intersticiales: la especie introducida ocupa un sitio que es 
normalmente vacío y no se dejan fuera iones o átomos. 
En cualquiera de estos casos la distribución del soluto en la matriz será uniforma, 
con lo cual el sólido estará constituido por una única fase. 
21 
 
Soluciones sólidas sustitucionales 
Cuando la estructura es considerada como un todo y los sitios están ocupados en 
promedio, es útil pensar en cada sitio como ocupado por un “catión promedio” cuyas 
propiedades, numero atómico, tamaño, etc., son intermedios entre los dos cationes. 
Existen ciertos requerimientos que deben ser reunidos para formar una gama de 
soluciones sólidas simples por sustitución [24]. Primero, los iones que se 
reemplazan uno a otro deben tener la misma carga. Si ese no es el caso se requerirá 
de otro cambio en la estructura, que involucra vacancias o intersticiales, para 
mantener la electroneutralidad. Una vacancia es simplemente una posición atómica 
desocupada en la estructura cristalina que se origina como respuesta a la presencia 
de impurezas químicas o a composiciones no estequiométricas; sin embargo, 
también pueden existir con independencia de estos factores químicos (por ejemplo, 
por la vibración térmica de los átomos a temperaturas por encima del cero absoluto). 
Mientras que un átomo intersticial es un átomo situado en un hueco o intersticio que 
normalmente no está ocupado por un átomo en la estructura cristalina perfecta del 
cristal, o un átomo extra insertado en la estructura del cristal de tal forma que dos 
átomos ocupan posiciones cercanas a una única posición atómica de la estructura 
ideal. 
Segundo, los iones que reemplazan uno al otro deben ser bastante similares en 
tamaño. En la revisión de los resultados experimentales de la formación de 
aleaciones de metales, se sugiere que una diferencia del 15% en el radio de los 
átomos de metal que reemplaza al otro es el máximo que puede ser tolerado para 
las soluciones solidas por sustitución se formen. Para sistemas de soluciones 
sólidas no metálicas, el limite aceptable de tamaño diferente parece ser mayor que 
15%, aunque eso es difícil de cuantificar, en parte por los tamaños de los iones y en 
parte porque la formación de las soluciones sólidas depende, a menudo, de 
temperaturas muy altas. Entonces, extensas soluciones sólidas se forman a altas 
temperaturas mientras que a bajas temperaturas son más restrictivas o casi 
inexistentes. 
22 
 
En resumen, los iones de tamaño similares, se sustituyen por el otro fácilmente y se 
forman extensas soluciones sólidas que son estables a todas las temperaturas. Con 
iones que tienen un tamaño diferente de entre 15 y 20%, las soluciones sólidas se 
forman a altas temperaturas donde el término de la entropía es capaz de compensar 
el término de entalpía positiva. Con iones que tienen una diferencia de tamaño del 
30% no se espera que se formen. 
Algunos iones, especialmente los iones de metales de transición tienen fuerte 
preferencia por sitios de simetría particular o coordinación. Entonces, el Cr3+ casi 
siempre es encontrado en sitios octaédricos, mientras que el Al3+ de tamaño similar, 
puede ocupar tanto tetraédrico como octaédricos. Las preferencias imposibilitan la 
formación de ciertas soluciones sólidas. 
Soluciones sólidas intersticiales 
Muchos metales forman soluciones sólidas intersticiales en las cuales pequeños 
átomos, especialmente H, C, B y N, entran en los sitios intersticiales vacíos en la 
estructura del metal anfitrión. Todos estos elementos de Z pequeño, son no metales. 
Cuando ellos se disuelven en un cristal metálico, siempre lo hacen en una 
concentración baja, por lo que el material sigue siendo preponderantemente de 
enlace metálico. 
Se pueden formar soluciones sólidas intersticiales sólo cuando el átomo de la matriz 
es mucho mayor que el otro, de modo que los intersticios de la matriz sean 
suficientemente grandes para el tamaño del soluto (impureza) [25]. 
En este trabajo se estudia la solución sólida sustitucional Sn2-xCrxO2; los radios 
iónicos de los iones Sn4+ y Cr3+ en coordinación octaédrica, obtenidos de la Tabla 
de radios iónicos de Shannon-Prewitt [26] son 69 y 61.5 pm, respectivamente. Como 
el estado de oxidación de los iones es diferente, cuando un ion Cr3+ sustituye a un 
ion Sn4+, se generan vacancias de O2- para lograr la electroneutralidad. 
23 
 
1.6 Desarrollo del color 
La óptica es el campo de la física que se dedica al estudio de la luz, su producción, 
propagación, medida y propiedades: con base en estos estudios se fundamenta la 
ciencia del color. Sin embargo, es bien conocido que el color sobrepasa el ámbito 
puramente físico y alcanza el de la psicología ya que lo percibimos a través del 
sentido de la vista. Por lo que para definir lo que es color, es necesario recurrir a 
múltiples conocimientos físicos, químicos y fisiológicos. 
Color se puede definir como “la impresión que causa en la retina del ojo la luz 
reflejada por los cuerpos” [27]. 
La luz es la energía radiante visible, su espectro está situado en un intervalo de 400 
a 700 nm. Cada rayo de luz que llega del sol en forma de luz blanca se descompone 
en una serie de colores con longitudes de onda diferentes, que en conjunto forma 
el espectro visible. En la fig. 1.8 se puede observar y situar perfectamente dentro 
del espectro de radiación electromagnética. Las radiaciones visibles pueden ser 
resumidas en tres grupos principales que son: el rojo, el verde y el azul. 
 
 
Figura 1.8 Espectro electromagnético. Tomado de Scientific Committee on Emerging and Newly 
Identified Health Risk (2008). 
24 
 
 
La luz blanca es considerada como una 
mezcla de estos tres colores (llamados 
primarios) en partes iguales, figura 1.9. Ya 
que un pigmento no puede añadir nada a la 
luz que se ilumina, éste debe su color a la luz 
que no absorbe o mejor dicho a la que refleja. 
Así, por ejemplo: un pigmento blanco no 
absorbe nada de la luz que incide sobre él, 
por esta razón es que refleja totalmente el 
rojo, verde y azul de la luz blanca. Si la 
totalidad del color es absorbida y nada se 
refleja, resultara un negro absoluto. 
A mediados del siglo XIX, Maxwell formuló la hipótesis, posteriormente confirmada 
por Hertz, de que la luz era una onda electromagnética: una onda generada por 
oscilaciones de campos eléctricos y magnéticos. 
Cuando la luz toca las sustancias, actúa sobre ellas de diferentes modos: ejerce 
una presión, aunque de pequeñísima entidad, sobre la materia; produce 
transformaciones químicas en las sustancias (placas fotográficas, hojas de las 
plantas, etc.) puede causar la emisión de electrones y puede hacer que la misma 
sustancia emita luz. Las propiedades cromáticas de los objetos dependen de la 
respuesta de los electrones a las radiaciones electromagnéticas [28]. 
Según la teoría de los cuantos, la luz se propaga bajo la forma de paquetes de 
energía llamados fotones:cuanto mayor es la frecuencia de las ondas 
electromagnéticas (menor la longitud de onda), mayor es la energía a ella asociada. 
La energía de un átomo (o de un sistema de átomos, o de una molécula) pueden 
asumir solo valores bien definidos, específicos para cada especia atómica, que 
constituye el espectro energético del átomo. El estado habitual de un átomo es de 
mínima energía, característico de su estado fundamental, pero cuando la radiación 
Figura 1.9 La mezcla de los colores 
primarios dará luz blanca. Tomada de 
Blanco y Villegas (1996). 
25 
 
electromagnética lo cubre con una frecuencia tal que la energía del fotón 
corresponde al salto energético entre un estado excitado y el fundamental, el átomo 
absorbe el fotón y pasa al estado de excitación. Después de un período de tiempo 
definido, el átomo vuelve a su estado fundamental y reemite, en forma de fotones, 
la energía antes absorbida. Según este esquema, un átomo reacciona a la luz 
cuando la frecuencia y, por consiguiente, la energía asociada a la onda corresponde 
al salto entre dos niveles energéticos del átomo; la luz debe estar en “resonancia” 
con él. 
De esta manera todos los objetos modifican y redistribuyen las características 
espectrales de la luz que interaccionan con ellos. En la figura 1.10 se esquematizan 
los diferentes fenómenos que tienen lugar cuando la luz incide sobre una superficie. 
Según sea la diferencia entre los índices de refracción de las interfases que 
atraviesa (aire-material de la superficie) y la curvatura de las mismas, los fenómenos 
de reflexión, refracción y dispersión se producen en proporción distinta y 
complementaria. 
En cuanto a los compuestos inorgánicos el color está también relacionado con el 
comportamiento de los electrones. 
Figura 1.10 Fenómenos que tienen lugar cuando la luz incide sobre una superficie. Tomada de 
Monrós, et al (2003). 
26 
 
Cuando un fotón entra a una película pigmentada, pueden ocurrir tres fenómenos 
[29]: 
1. Puede ser absorbido por una partícula del pigmento. 
2. Puede ser dispersado por una partícula del pigmento. 
3. Puede simplemente pasar a través de la película (asumiendo que el 
aglutinante es no-absorbente). 
Las importantes propiedades físico-ópticas de los pigmentos son, por lo tanto, sus 
propiedades de absorción y de dispersión de la luz. Si la absorción es muy pequeña 
en comparación con la dispersión, es un pigmento blanco. Si la absorción es mucho 
mayor que la dispersión en toda la región visible, es un pigmento negro. En un 
pigmento de color, la absorción (y generalmente la dispersión) es selectiva, es decir, 
depende de la longitud de onda. 
La ley de Beer-Lambert describe la relación entre la absorbancia, A, la absortividad 
molar o el coeficiente de extinción, ε, de la especie y la longitud de onda 
responsables de la absorción y la concentración, c, de la especie absorbente como 
sigue 
𝐴 = 𝜀𝑐𝑙 = log (
𝐼0
𝐼⁄ ) … (1.1) 
donde 𝑙 es la longitud del camino o el espesor de la muestra, 𝐼0 es la intensidad del 
haz incidente e 𝐼 es la Intensidad del haz transmitido [30]. Por lo tanto, con una 
calibración adecuada se pueden determinar las concentraciones de las especies. 
1.7 Transiciones electrónicas 
Los metales de transición, grupos 3-12 en la tabla periódica, se caracterizan 
generalmente por subcapas d parcialmente llenas, ya sea como elementos libres o 
sus cationes que, bajo la influencia de los Iigandos, pueden absorber energía en la 
región visible del espectro [31]. Una teoría que ayudó mucho en la interpretación de 
los colores de los compuestos de los metales de transición fue la llamada teoría del 
27 
 
campo cristalino (TCC), ya que debido a que existen diferencias muy pequeñas de 
energía entre los orbitales d no equivalentes en los complejos de metales de 
transición, la excitación de un electrón de un nivel más bajo a uno alto puede 
lograrse por absorción de luz visible, es por esta razón, que el complejo aparece 
coloreado. 
Tabla 1.3 Símbolos de los términos espectroscópicos 
configuración L S J Término 
d0 0 0 0 1S0 
d1 2 1/2 3/2 2D3/2 
d2 3 1 2 3F2 
d3 3 3/2 3/2 4F3/2 
d4 2 2 0 5D0 
d5 0 5/2 0 6S0 
d6 2 2 4 5D4 
d7 3 3/2 9/2 4F9/2 
d8 3 1 4 3F4 
d9 2 ½ 5/2 2D5/2 
d10 0 0 0 1S0 
 
Los términos espectroscópicos definen estados de energía y se representan como 
2s+1XJ [32]. El conocimiento de estos términos es importante para comprender las 
transiciones que se llevan a cabo en los espectros de emisión de átomos o iones, y 
de absorción en compuestos de coordinación; así como las propiedades magnéticas 
y las configuraciones más estables para los átomos. 
La naturaleza de los niveles energéticos entre los que se produce la transición 
electrónica controla el tipo e intensidad de las absorciones. Sin embargo, existen 
reglas de selección que establecen la probabilidad de que se produzca cada tipo de 
transición y por lo tanto la intensidad de colores a los que dan origen. 
Primera regla. Sólo un electrón puede estar implicado en una transición. 
 
28 
 
Segunda regla. Regla de selección de spin. No se pueden modificar las 
orientaciones relativas de los spines de un complejo. En otras palabras, el spin total 
S no puede sufrir variaciones (ΔS=0). Las bandas correspondientes a transiciones 
que violan esta regla son muy débiles. 
Tercera regla. Regla de selección de Laporte. En una molécula o ion 
centrosimétrico, las únicas transiciones permitidas son aquellas en la que hay un 
cambio de paridad. Esta regla prohíbe, por ejemplo, las transiciones entre orbitales 
del mismo subnivel. 
Sin embargo, la regla de selección de Laporte se puede puede eludir, ya sea debido 
a varios ligandos alrededor de la molécula que interrumpe la simetría perfecta 
alrededor del complejo o por el acoplamiento con las vibraciones de la red. 
Asimismo, en ocasiones, la transición electrónica puede tener lugar entre los niveles 
energéticos que están asociados a átomos diferentes: son las denominas 
transiciones de “trasferencia de carga” que, al no estar prohibidas por la regla de 
Laporte, generan coloraciones intensas. Es el caso de compuestos que presentan 
enlaces covalentes muy polarizados tales como AgI, CdS, MnO4-, CrO42-, FeO42-, 
Fe2O3. 
La teoría de campo cristalino (TCC) [33], se centra en la interacción de los cinco 
orbitales d con ligandos dispuestos en una matriz regular alrededor de un ion de 
metal de transición. De acuerdo con ésta, un complejo de metal octaédrico se forma 
debido a la interacción electrostática de un ion metálico cargado positivamente con 
seis ligandos cargados negativamente o con los extremos negativos de dipolos 
asociados con los seis ligandos. Además, los ligandos interactúan entre sí de forma 
electrostática. La disposición de energía más baja de seis cargas negativas 
idénticas es un octaedro, que minimiza las interacciones repulsivas entre los 
ligandos. 
Los cinco orbitales d son inicialmente degenerados (tienen la misma energía), si se 
distribuyen seis cargas negativas uniformemente sobre la superficie de una esfera, 
los orbitales d permanecen degenerados, pero su energía será mayor debido a las 
29 
 
interacciones electrostáticas repulsivas entre la capa esférica de carga negativa y 
los electrones en los orbitales d, (a) en Figura 1.11. 
La colocación de las seis cargas negativas en los vértices de un octaedro no cambia 
la energía promedio de los orbitales d, pero elimina su degeneración: los cinco 
orbitales d se dividen en dos grupos cuyas energías dependen de sus orientaciones. 
Como se muestra en la parte (b) en la Figura 1.11, los orbitales dz2 y dx2-y2 apuntan 
directamente a las seis cargas negativas ubicadas en los ejes 𝑥, 𝑦, 𝑧. En 
consecuencia, la energía de un electrón en estos dos orbitales (nombrados como, 
eg orbitales) será mayor que para una distribución esférica de carga negativa debido 
al aumento de las repulsiones electrostáticas.En contraste, los otros tres orbitales 
d (dxy, dxz y dyz, llamados colectivamente los orbitales t2g) están orientados en un 
ángulo de 45 ° a los ejes de coordenadas. La energía de un electrón en cualquiera 
de estos tres orbitales es más baja que la energía para una distribución esférica de 
carga negativa [34]. 
 
 
 
 
a) 
 
 
 
 
b) 
 
 
Figura 1.11 Arreglo octaédrico para el desdoblamiento de los cinco orbitales d. Tomada de 
Averill (2011), p.2155 
30 
 
En un complejo tetraédrico se dividen los orbitales d en dos grupos, pero de manera 
opuesta a un campo octaédrico: tres orbitales tienen mayor energía dxy, dxz y dyz 
mientras que los otros dos, dx2−y2 y dz2 tienen menor energía, como se observa en 
la figura 1.12 y 1.13. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Los símbolos A (o a) y B (o b) con cualquier sufijo indican funciones de onda que 
son degeneradas. De manera similar, E (o e) indica doble degeneración y T (o t) 
indica triple degeneración. Los símbolos en minúsculas, a1g, a2g, eg, etc., se utilizan 
para indicar las funciones de onda (orbitales) y los símbolos en mayúsculas se 
utilizan para describir los niveles de energía. Por lo tanto, 2T2g significa un nivel de 
energía que se degenera tres veces con respecto al estado orbital y también 
doblemente degenerado con respecto a su estado de espín. 
Figura 1.12 (a) Configuración electrónica fundamental de un ion d1de un metal de transición (b) 
Configuraciones fundamental y excitada del mismo ion en un complejo octaédrico. Tomado de Figgis (1966). 
Figura 1.13 Configuraciones fundamental y excitada de un complejo d1tetraédrico. Tomado de 
Figgis (1966). 
31 
 
1.7.1 Transiciones electrónicas del ion Cr3+ 
Los iones Cr3+ presentan una fuerte preferencia por sitios de coordinación 
octaédrica debido a su alta energía de estabilización de campo cristalino [35]. 
En simetría octaédrica, los tres electrones no apareados están en orbitales 3t2g que 
dan lugar a estados 4A2g, 2Eg, 2T1g y 2T2g. De estos 4A2g es el estado fundamental. 
Si un electrón está excitado, la configuración es t22ge1g que da dos estados de 
cuarteto 4T1g y 4T2g y un número de estados dobles. Cuando el siguiente electrón 
también se excita, la configuración es t12ge2g que da lugar a un estado de cuarteto 
4T1g y algunos estados dobles, esto se puede observar en la fig. 1.14 que se 
presenta a continuación. 
 
 
 
 
 
 
 
El ion Cr3+ tiene configuración electrónica [Ar]3d3 y su espectro óptico puede ser 
interpretado en base al diagrama de Tanabe-Sugano para iones d3 en coordinación 
octaédrica, figura 1.14. 
Dependiendo de la fuerza del campo cristalino los niveles más bajos pueden ser el 
4T2g o el 2Eg. Para sistemas de campo cristalino fuerte el estado excitado más bajo 
Figura 1.14 Espectro electrónico típico para un complejo d 3 Imagen obtenida de Moss, Alex (2003). 
32 
 
es el 2Eg el cual se identifica con una línea de emisión delgada R asignada a la 
transición prohibida de espín 2Eg→4A2g. Para sistemas de campo cristalino débil el 
estado excitado más bajo es el 4 T2g. La transición permitida de espín 4T2g→4A2g se 
caracteriza por un fuerte acoplamiento a la red cristalina anfitriona, causando una 
banda de emisión ancha [36]. 
La interacción con vibraciones de red es más fuerte para las transiciones 4A2 (t32g) 
→4T2g (t22geg) que para la transición al estado 2Eg (t32g). 
 
 
Figura 1.15 Diagrama de Tanabe-Sugano para iones d 3 en coordinación octaédrica. Moss, Alex 
(2003). 
 
33 
 
El estado cuarteto 4T2g implica ocupación del orbital eg el cual cambia el enlace con 
los iones ligantes. Entonces la transición al estado excitado 4T2g es fuertemente 
afectada por las vibraciones de red anfitriona. 
 
La luminiscencia debida al Cr3+ es observada en la región del rojo lejano al infrarrojo, 
la atención de los espectroscopistas desde la década de 1930 es debido a que el 
Cr3+ presenta bandas de emisión alrededor de 680 a 720 nm en la región del 
espectro electromagnético, en varias estructuras anfitrionas. En particular, el 
espectro óptico del rubí (Al2O3:Cr3+), fue ampliamente explicado por primera vez 
aplicando la teoría del campo cristalino (1958); el rubí fue utilizado como el primer 
laser en estado sólido en 1960 [37]. 
1.7.2 Cromo 
El cromo (Cr) fue descubierto en Siberia por el químico francés Vauquelin en 1798, 
en forma de minera rojo (crocita) de formula PbCrO4. Su nombre se debe a que 
todos sus compuestos presentan colores marcados. 
Es el sexto elemento más abundante de la corteza terrestre y se presenta en 
combinación con otros elementos mostrando una gran variedad de colores. Es un 
metal duro, blanco, brillante y frágil. Presenta una configuración electrónica [Ar] 3d5 
4s1 y estructura cristalina cubica centrada en el cuerpo (bcc). Su estructura cristalina 
lo ha convertido en un componente de aleaciones que imparte propiedades 
interesantes a nivel industrial, como son la resistencia al calor y a la corrosión. Se 
disuelve en ácido clorhídrico y sulfúrico, pero se pasiva con ácido nítrico o agua 
regia. A elevadas temperaturas reacciona con halógenos, oxigeno, carbón, azufre, 
silicio y boro. 
Presenta varios estados de oxidación que van desde (-II) hasta (VI). De ellos 
destacan la forma trivalente como la más estable y la hexavalente de propiedades 
marcadamente oxidantes. Ambas especies se usan ampliamente a nivel industrial. 
34 
 
Como impureza el cromo se encuentra en muchos minerales y rocas a los que da 
colores característicos, como en el caso del rubí, crisoberilo, esmeralda, granate, 
anfíboles, piroxenos y talcos [38]. 
1.8 Métodos de síntesis de materiales cerámicos 
Se pueden usar muchos métodos para sintetizar sólidos inorgánicos no 
moleculares. Algunos sólidos pueden prepararse por una variedad de rutas, pero 
otras, especialmente aquellas que no son termodinámicamente estables, pueden 
ser mucho más difícil de preparar y pueden requerir métodos especiales. Los sólidos 
inorgánicos no moleculares también se pueden preparar en varias formas, como 
fibras, películas, espumas, cerámicas, polvos, nanopartículas y monocristales. Para 
estas formas diferentes, la síntesis no es el problema; en cambio, la optimización 
de los procedimientos de procesamiento y fabricación es de crucial importancia. 
Esto, vinculado a las posibilidades de dopaje, modificación de propiedades y 
posibilidades para nuevas aplicaciones, hace de los sólidos inorgánicos un área de 
la ciencia tan diversa, desafiante y estimulante [39]. 
El SnO2:Cr3+ es más frecuentemente preparado mediante la calcinación a altas 
temperaturas de una mezcla homogeneizada de SnO2 con pequeñas cantidades de 
Cr2O3 [40], [41]. Tanto la temperatura como los tiempos de calcinación influyen en el 
desarrollo de color en forma notable [42], [43]. A su vez, se han estudiado los 
compuestos SnO2/Cr dopados con praseodimio con el fin de incrementar el rango 
de coloraciones violetas [44]. 
1.8.1 Método de reacción en estado sólido o método cerámico 
El método más antiguo, más simple y aún más utilizado para hacer sólidos 
inorgánicos es mezclar reactivos en polvo. Este es conocido también como método 
cerámico [45]. 
35 
 
Las reacciones de estado sólido son intrínsecamente lentas porque, aunque los 
reactivos pueden estar bien mezclados a nivel de partículas individuales (por 
ejemplo, en una escala de 1μm -10-3 mm), a nivel atómico son muy heterogéneas. 
Puede llevarse a cabo a través de diferentes procesos, tales como nucleación, 
transferencia de materia a través de los límites de fase, y, el más importante, 
difusión a través del producto formado. Dichos procesos se pueden englobar en tres 
etapas sucesivas: 
1) Autodifusión de las especies reactantes. 
2) Difusión a través de la capa de producto formada. 
3) Difusión en el seno del otro reactante y/o reacción química. 
Los cambios estructurales desde los reactivos a los productosimplica que 
únicamente se produzcan a temperaturas altas, asimismo, la estabilización de 
estados de oxidación de cationes se logra mediante atmosferas controladas. 
Dado que los materiales, por definición, se hallan en estado sólido, el movimiento y 
reagrupamiento de átomos en una red cristalina se conoce como difusión en estado 
sólido [46]. 
Los movimientos atómicos permiten la evolución de una microestructura a otra más 
estable, aunque generalmente los átomos han de poseer una energía suficiente 
para suponer barreras energéticas que existan entre el estado inicial y el final. Este 
valor se conoce como energía de activación (Ea). 
La difusión puede definirse como el mecanismo por el cual los átomos de un sólido 
se ven impulsados a desplazarse a través de la red para ocupar posiciones 
similares, pero en otro lugar. En estado sólido el movimiento de los átomos está 
limitado a posiciones vecinas y precisa de una gran energía de aporte (Ea) para 
promover un cambio de posición. 
36 
 
En los sólidos cristalinos se producen dos mecanismos básicos de difusión atómica: 
la difusión por vacantes y la difusión intersticial (fig. 1.16). En el primer caso, un 
átomo ocupa una posición vacante vecina, con lo cual avanza una posición a cambio 
de que la vacante “retroceda” también una posición. En el segundo caso, un átomo 
que ocupa una posición intersticial pasa a ocupar una posición equivalente, pero 
vecina. 
 
 
El flujo de átomos en los materiales para ingeniería tiene lugar mediante el 
movimiento de defectos puntuales, y, en consecuencia, la velocidad de la difusión 
en estado sólido aumenta exponencialmente con la temperatura. Las ecuaciones 
que rigen la difusión permiten una descripción precisa de la variación de la 
composición química en los materiales como consecuencia de distintos procesos 
difusionales. 
El tratamiento matemático formal de este flujo difusional comienza con una 
expresión conocida como primera ley de Fick [47]: 
𝐽𝑥 = −𝐷
𝜕𝑐
𝜕𝑥
… (𝑒𝑐. 1.2) 
Figura 1.16 Diagrama esquemático de una solución sólida para los procesos de a) difusión por 
intersticiales y b) de difusión por vacantes. Tomado de Eisentadt (1971). 
37 
 
Donde 𝐽𝑥 es el flujo, o velocidad de difusión, de la especie que se difunde en la 
dirección 𝑥 debido a un gradiente de concentración (𝜕𝑐/𝜕𝑥). El coeficiente de 
proporcionalidad, 𝐷, se denomina coeficiente de difusión, o simplemente 
difusividad. 
El gradiente de concentración en un punto determinado de la trayectoria de difusión 
cambia con el tiempo, 𝑡. Esta condición transitoria viene representada por una 
ecuación diferencial de segundo orden, conocida como segunda ley de Fick: 
𝜕𝑐𝑥
𝜕𝑡
=
𝜕
𝜕𝑥
(−𝐷
𝜕𝑐
𝜕𝑥
) … (𝑒𝑐. 1.3) 
En la práctica, es posible suponer en muchos casos que 𝐷 es independiente de 𝑐, 
lo que conduce a una expresión simplificada: 
𝜕𝑐𝑥
𝜕𝑡
= −𝐷
𝜕2𝑐𝑥
𝜕𝑥2
… (𝑒𝑐. 1.4) 
Los datos de difusividad se obtienen a partir de la ecuación de Arrhenius: 
𝐷 = 𝐷0𝑒
−𝑞/𝑘𝑇 … (𝑒𝑐. 1.5) 
Donde 𝐷0 es una constate preexponencial y 𝑞 es la energía de activación para el 
movimiento de defectos. 
 
1.8.2 Método de coprecipitación y posterior tratamiento térmico 
El objetivo de la coprecipitación en la síntesis de óxidos multicomponentes es la 
obtención de un polvo precursor de mayor homogeneidad, mediante la precipitación 
de precitados intermedios (normalmente hidróxidos u oxalatos) que permita una 
mezcla íntima de los precursores y mejorar así el contacto entre las distintas 
partículas y por tanto la difusión iónica durante el tratamiento térmico. 
38 
 
La fuerza conductora, para que ocurra la precipitación de una fase sólida, es la 
sobresaturación química. Esta condición se puede lograr a través de la adición 
directa de un agente precipitante, eliminando el disolvente, adicionando un no-
disolvente o a partir de disoluciones homogéneas que contienen urea, acetamida u 
otras bases orgánicas. Comúnmente se adiciona un agente precipitante a la 
disolución de una sal soluble, de un catión metálico dado, para formar un compuesto 
parcialmente soluble. 
Hay diferentes factores a considerar para conseguir precipitados de alta reactividad 
[48]: 
a) El agente precipitante: se suelen utilizar hidróxidos por alcalinización con 
amoniaco, sin embargo, también se utilizan oxalatos, sulfuros cuando la 
coprecipitación de hidróxidos es no compatible. La descomposición de 
hidróxidos, oxalatos o sulfuros presenta particularidades que hacen muy 
diferentes los resultados utilizando cada uno de ellos. 
 
b) Las condiciones de sobresaturación, temperatura y agitación de la disolución 
precipitada. La formación de coloides, la superficie específica y propiedades 
adsorbentes del precipitado pueden cambiar de forma significativa con estos 
parámetros. En general, conviene operar con baja sobresaturación, 
temperatura y agitación intensa si se quieren obtener tamaño de partícula 
pequeños y con distribución uniforme. 
 
c) Efecto del pH: el pH controla directamente el grado de sobresaturación y, por 
lo tanto, se espera que afecte las propiedades finales. Pero la influencia del 
pH no es simple y debe investigarse experimentalmente para el sistema 
específico. 
 
d) Tipo de contraiones. Los cloruros y sulfatos tienen a precipitar sales básicas 
en muchos casos, en otras ocasiones, la formación de complejos dificulta la 
precipitación. En general el lavado de los coprecipitados es una buena 
fórmula para estabilizar el precipitado en su forma hidróxido, aunque pueden 
39 
 
surgir problemas de perdida de estequiometria por redisolución selectiva. En 
el caso de pigmentos cerámicos, utilizando cloruros como precursores no se 
suele lavar dado que coadyuvan con su acción mineralizadora a la síntesis 
del compuesto. 
La solubilidad de un sólido se define como la cantidad o concentración de sólido 
contenida en una disolución en la que se encuentra el sólido en equilibrio con las 
especies disueltas. Normalmente se expresa en g/L o mol/L. 
Considerando el caso de un compuesto poco soluble (AB) en el seno de una 
disolución acuosa, el cual se disuelve y disocia de acuerdo con la siguiente reacción: 
𝐴𝐵(𝑠) + 𝐻2𝑂 → 𝐴(𝑎𝑐)
+ + 𝐵(𝑎𝑐)
− … (𝑒𝑐. 1.6) 
Para que el proceso de solubilización sea favorecido energéticamente, la entalpía 
desprendida en la hidratación de los iones debe ser mayor a la entalpía requerida 
para romper la red cristalina. 
Se alcanza una situación de equilibrio dinámica entre el sólido, la parte soluble no 
disociada y los iones en disolución. 
En el caso de una sal iónica ligeramente soluble, se suele cuantificar su solubilidad 
mediante el estudio del siguiente equilibrio: 
𝐴𝐵(𝑠) ↔ 𝐴(𝑎𝑐)
+ + 𝐵(𝑎𝑐)
− … (𝑒𝑐. 1.7) 
Se puede escribir la constante de equilibrio 
𝐾 =
[𝑀+][𝑋−]
[𝑀𝑋]
… (𝑒𝑐. 1.8) 
𝐾[𝑀𝑋] = 𝐾𝑝𝑠 = [𝑀
+][𝑋−] … (𝑒𝑐. 1.9) 
Así, el producto de solubilidad de una especie química poco soluble, en agua pura, 
y a una temperatura dada, es una constante igual al producto de las 
40 
 
concentraciones de los iones elevadas a sus respectivos coeficientes dados por la 
disociación iónica del precipitado. 
Al considerar la adsorción por un precipitado cristalino durante su crecimiento se 
verá que su potencial termodinámico determina principalmente la cantidad de 
coprecipitación. Cuantitativamente hay una relación simple entre el potencial 
termodinámico y la concentración correspondiente de iones en la solución. La 
ecuación de Nernst sostiene la diferencia de potencial entre un electrodo y una 
solución que contienen iones que el electrodo puede enviar a la solución [49]. 
El cambio en la concentración provoca un cambio en la energía libre del sistema 
electrodo/solución. Así la energía libre del sistema estará dada por: ∆G= ∆H - T∆S 
para una reacción espontánea ∆H es negativo y ∆S es positivo, de manera que tanto 
∆H como∆S favorecen la espontaneidad. 
La influencia de los precipitados en las soluciones se puede prever a través del 
estudio de los diagramas pM (logaritmo inverso de la concentración del metal 
disuelto) como una función del pH (logaritmo inverso de la concentración de iones 
hidrógeno). Esos diagramas muestran el límite de precipitación del metal y en ellos 
se pueden identificar regiones que indican la formación de diferentes especies 
(zonas de saturación y no-saturación), de acuerdo con las condiciones 
experimentales. 
 
 
 
 
 
41 
 
1.9 Técnicas de caracterización 
1.9.1 Difracción de rayos X 
El método más extendido para determinar la mineralogía de los materiales 
cerámicos es la difracción de rayos X. 
La técnica consiste en hacer incidir un haz de rayos X sobre el sólido sujeto a 
estudio. Los rayos X son una radiación electromagnética de longitud de onda corta 
producida por el frenado de electrones de elevada energía o por transiciones de 
electrones que se encuentran en los orbitales internos de los átomos. El intervalo 
de longitudes de onda de los rayos X comprende desde aproximadamente 10-6 nm 
hasta 10 nm. 
La interacción entre el vector eléctrico de la radiación X y los electrones de la materia 
que atraviesa dan lugar a una dispersión. Al producirse la dispersión tienen lugar 
interferencias (tanto constructivas como destructivas) entre los rayos dispersados, 
ya que las distancias entre los centros de dispersión son del mismo orden de 
magnitud que la longitud de onda de la radiación. El resultado es la difracción, que 
da lugar a un patrón de intensidades que puede interpretarse según la ubicación de 
los átomos en el cristal, por medio de la ley de Bragg [50]. 
La misma postula que cuando un haz de rayos X incide sobre la superficie de un 
cristal formando un ángulo θ una porción del haz es dispersada por la capa de 
átomos de la superficie; la porción no dispersada del haz penetra en la segunda 
capa de átomos donde, nuevamente una fracción es dispersada y así 
sucesivamente con cada capa hasta la profundidad de aproximadamente 1000 nm, 
lo que lo hace una técnica másica. El efecto acumulativo de esta dispersión 
producida por los centros regularmente espaciados del cristal es la difracción del 
haz. 
En 1912, W. L. Bragg trató la difracción de rayos X por cristales, como se muestra 
en la figura 1.17. 
42 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.17 Interacción entre los rayos X y la estructura cristalina de un material 
Un haz estrecho de radiación choca contra la superficie del cristal formando un 
ángulo θ, la dispersión tiene lugar como consecuencia de la interacción de la 
radiación con los átomos localizados en O, P y R. 
Se puede escribir que las condiciones para que tenga lugar una interferencia 
constructiva del haz que forma un ángulo θ con la superficie del cristal, son: 
nλ = 2d sen θ … (ec. 1.10) 
donde n es un número entero que representa el orden de la difracción y d es la 
distancia interplanar del cristal. En esta ecuación llamada Ecuación de Bragg, hay 
que señalar que los rayos X son reflejados por el cristal sólo si el ángulo de 
incidencia satisface la condición: 
senθ= 
𝜆𝑛
2𝑑
 … (ec.1.11) 
Para todos los demás ángulos, tienen lugar interferencias destructivas. 
A partir la recolección de rayos reflejados de diferente energía se obtiene un 
espectro que se caracteriza por una serie de picos identificados por la intensidad y 
ancho de los picos; esta técnica proporciona una información completa acerca de la 
proporción relativa de un compuesto en una mezcla, de las tensiones promedio 
acumuladas en el cristal y acerca de las características estructurales del material 
[51]. 
43 
 
El equipo utilizado en esta técnica es el difractómetro, el cual está integrado por una 
fuente de rayos X, un portamuestras montado sobre un geniómetro giratorio y un 
detector. El portamuestras gira según la trayectoria de un haz colimado de rayos X, 
mientras que un detector de estos rayos, que se encuentra montado en un brazo, 
gira alrededor para captar las señales difractadas de los mismos. Los difractómetros 
pueden ser de dos tipos, de monocristal y de polvos. 
La composición química y la estructura cristalina de las muestras se determina por 
comparación de su difractograma o patrón de difracción con los patrones de 
difracción que aparecen en la base de datos del Centro internacional de datos de 
difracción (ICDD) [52]. La técnica permite analizar hasta 8 diferentes fases 
cristalinas, siempre y cuando estén presentes en una concentración mayor al 1% 
en peso [53]. 
La técnica permite identificar y cuantificar las fases presentes en la muestra, 
detectar impurezas en la matriz, estudiar propiedades e imperfecciones o defectos 
cristalográficos. Además, da información acerca del ordenamiento y tamaño del 
cristal, también da cuenta de parámetros estructurales como longitud de celda 
unitaria. 
Esto se logra debido a que los materiales cristalinos se caracterizan por presentar 
arreglos regulares de átomos en tres dimensiones, los cuales pueden ser 
representados por una unidad que se repite, llamada “celda unitaria”. 
Existen siete sistemas cristalinos que representa las siete celdas unitarias 
independientes que son posibles en las estructuras cristalinas (fig. 1.18), las cuales 
pueden ser descritas por las dimensiones y posiciones o coordenadas de los 
átomos. 
Sin embargo, existe otro concepto más que es básico para describir los sistemas 
cristalinos; las redes de Bravias, que especifica cómo las unidades básicas que los 
componen, ya sean átomos o iones, se repiten periódicamente a lo largo del cristal 
y está definida por los vértices; de acuerdo esto pueden existir estructuras tipo 
44 
 
primitivas (P), centradas en cuerpo (I), centradas en cara (F) y centradas en base 
(c) [54]. 
Tabla 1.4 Los siete sistemas cristalinos 
Sistema cristalino Parámetros de celda unitaria Red de Bravais 
Cúbico a=b=c α=β=γ=90° P, I, F 
Tetragonal a=b ≠ c α=β=γ=90° P, C 
Ortorrómbico a≠b≠c α=β=γ=90° P,I,F,C 
Romboédrico a=b=c α=β=γ≠90° P 
Hexagonal a=b≠c α=β=90 γ=120 P 
Monoclínico a≠b≠c α= γ =90 β≠ 90 P,I 
Triclínico a≠b≠c α≠ β≠γ≠90 P 
Otra clasificación es la que existe con base en los elementos de simetría, la 
cristalografía utiliza dos términos para describirla; grupos puntuales y grupos 
espaciales. Por definición, la simetría es resultado de la transposición de uno sobre 
otro siendo indistinguible del original; es así como existen cinco tipos: planos 
imagen, ejes de rotación, centro de simetría, planos de deslizamiento y eje de 
tornillo. 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.18 Estructura de los 7 sistemas cristalinos. Tomada de West (2014). 
45 
 
Esto da como resultado un total de 32 grupos puntuales, estos son útiles para definir 
una celda unitaria; sin embargo, existen elementos simétricos adicionales que se 
deben tomar en cuenta debido a la simetría traslacional que genera la red cristalina. 
Al combinar los grupos puntuales de los cristales (las 32 clases cristalinas) con 
las 14 redes de Bravais, dan como resultado 230 grupos espaciales, que 
representan las diferentes formas de adecuar las redes de Bravais con la simetría 
de las estructuras. 
Las propiedades físicas y químicas de los materiales, tales como su resistencia 
mecánica, conductividad eléctrica, sus propiedades ópticas y dieléctricas, sus 
propiedades magnéticas y térmicas, así como su resistencia química, están 
definidas a escala atómica por su configuración electrónica y a escala microscópica, 
por la forma geométrica de la red cristalina y por los defectos puntuales que haya 
en ella. 
1.9.2 Espectroscopia de UV- visible y método CIE 
La espectroscopía UV-visible es ampliamente utilizada en química analítica para 
determinar las concentraciones de iones en líquidos/ moléculas/ grupos funcionales 
que son responsables de un pico de absorción particular. 
El equipoutilizado en esta técnica se llama espectrómetro de UV-visible. Este 
instrumento tiene la capacidad de proyectar un haz de luz monocromática a través 
de una muestra y medir la cantidad de luz que es absorbida por dicha muestra. 
Los gráficos que se obtienen de esta técnica se llaman espectros de absorción, en 
donde en el eje y aparece la absorbancia y en el eje x aparece la longitud de onda 
de la radiación UV-visible como se muestra en la figura 1.19 donde aparece un 
espectro de absorción típico, se aprecian bandas de absorción centradas en el valor 
máximo de las bandas, a cada banda se le atribuye un color, siendo la de mayor 
intensidad la más representativa [55]. 
 
46 
 
 
 
 
 
 
 
 
La espectroscopia UV-visible tiene una variedad de aplicaciones asociadas con la 
estructura local de los materiales. Esto se debe a que las posiciones de las bandas 
de absorción son sensibles al entorno de coordinación de los iones de metales de 
transición. 
La absorción o reflectancia en el visible, afecta directamente el color percibido de 
las especies químicas involucradas por lo que está técnica también es utilizada para 
realizar medidas de color. 
El CIE recomendó en 1965 el procedimiento de medición y especificación de las 
propiedades de reproducción del color de las fuentes de luz, basado en un método 
de muestra de color de prueba [56]. 
Tras definir tres estímulos de referencia, el principio tricromático permite construir 
un espacio de color tridimensional en el que las coordenadas de color (valores 
triestímulos) se pueden interpretar como componentes de un vector. (Sistema CIE; 
CIE= Commission Internationale de l’Éclairage). 
 
Figura 1.19 Esquema típico de un espectro de absorción UV-vis. Tomada de West 
(2014). 
47 
 
L*=luminosidad (0 indica negro, 100 indica 
blanco) 
a*= coordenadas rojo/verde (+a indica rojo, -a 
indica verde) 
b*= coordenadas amarillo/azul (+b indica 
amarillo, -b indica azul) 
 
Los instrumentos de medición de color, incluyendo espectrofotómetros y 
colorímetros, pueden cuantificar estos atributos de color fácilmente. 
Este sistema permite la medición exacta del color con acuerdo mundial. Sin 
embargo, esto no es suficiente para las pruebas de pigmentos porque las pequeñas 
diferencias de color usualmente deben determinarse y evaluarse (por ejemplo, entre 
la prueba y el pigmento de referencia). 
El sistema CIE proporciona una base 
objetiva para la medición, al especificar 
el color por medio de mezclas aditivas 
de tres estímulos o de tres colores de 
referencia. Por sus características de 
objetividad y capacidad analítica, se 
usa cada vez más el método del 
análisis espectral de la luz reflejada, 
reemitida, o absorbida (reemitida en las 
bandas del no visible) por un objeto 
(curvas espectrales de reemisión o de 
absorción), que se produce con la 
utilización del espectrofotómetro, bajo 
luz patrón. 
Figura 1.21 CIE 1931 diagrama de cromaticidad. 
Tomada de Billmeyer y Slatzaman (1981) 
Figura 1.20 Representación del sistema 
CIE. Tomada de Billmeyer y Slatzaman 
(1981) 
48 
 
El valor C (croma) representa la saturación del color y determina la pureza del color. 
El tono del color de los pigmentos también se puede expresar como un ángulo de 
tono H°. El ángulo de tono H° está definido como el inicio en el eje + a * e indica la 
posición de la muestra en un diagrama a*, b *. Se expresa en grados; H°= 350-35° 
(para rojo), H°= 35-70° (para naranja), H°= 70-105° (para amarillo), H°= 105-195 ° 
(para verde), H°= 195-285° (para azul), H°= 285-350° (para violeta). 
El croma C y el ángulo de matiz H ° de las muestras se calculan de acuerdo con las 
ecuaciones [57]: 
𝐶 = (𝑎∗2 + 𝑏∗2)1/2 … (𝑒𝑐. 1.12) 
𝐻° = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔𝑏∗/𝑎∗ … (𝑒𝑐. 1.13) 
 
1.9.3 Microscopia electrónica de barrido 
El microscopio electrónico de barrido (SEM) es un instrumento que permite la 
observación y caracterización superficial de materiales inorgánicos y orgánicos. El 
principio del SEM consiste en la emisión termoiónica de un haz de electrones que 
bombardea la superficie de la muestra generando distintos tipos de fenómenos. 
Estas señales que se generan en la muestra son las que dan la información 
morfológica o composicional (análisis EDAX) del material analizado. El microscopio 
electrónico de barrido emplea dos tipos de electrones: secundarios y 
retrodispersados. Los primeros sirven para obtener una imagen de la apariencia 
tridimensional de la muestra, mientras que los segundos revelan las diferencias en 
la composición química. 
El haz de �̅� se puede concentrar en una zona diminuta (~20 Å) que puede barrer la 
superficie del espécimen al ser deflectado por bobinas adecuadas [58]. Los 
electrones secundarios se detectan por encima del espécimen y la imagen muestra 
la intensidad de los electrones secundarios emitidos por las diferentes partes de la 
49 
 
muestra. La microscopia electrónica de barrido es muy útil para estudiar la 
morfología de los cristalitos y un ejemplo se da en la figura 1.22. En esta figura se 
muestra la microfotografía de un sólido laminar y se pueden ver claramente los 
microcristales como plaquetas (diminutas laminillas) que son capaces de sufrir 
reacciones de intercalación, es decir de hospedar (albergar) moléculas o iones entre 
las láminas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La SEM proporciona imágenes en la franja de aumentos desde 20 a 300000X, que 
da información morfológica y topográfica sobre la superficie de los sólidos [59]. 
 
 
 
 
Figura 1.22 Microfotografía SEM de un sólido laminar, Pb(HPO4)2∙H2O. 
Tomado de Skoog, et al (2001) 
50 
 
Capítulo 2 OBJETIVOS E HIPÓTESIS 
2.1 Objetivo general: 
 Sintetizar el sistema Sn1-xCrxO2 para x= 0.01, 0.03 y 0.06 mediante los 
métodos de reacción en estado sólido y de coprecipitación, para estudiar sus 
propiedades ópticas y su desempeño como pigmento cerámico. 
2.1.2 Objetivos particulares: 
➢ Sintetizar la solución sólida Sn1-xCrxO2 para x= 0.01, 0.03 y 0.06 mediante el 
método de reacción en estado sólido. 
➢ Sintetizar la solución sólida Sn1-xCrxO2 para x= 0.01, 0.03 y 0.06 mediante el 
método de coprecipitación. 
➢ Determinar la composición química y las estructuras cristalinas mediante 
difracción de rayos X. 
➢ Determinar el tamaño de partícula de las estructuras cristalinas. 
➢ Estudiar las propiedades ópticas mediante espectroscopía de absorción UV-
visible. 
➢ Estudiar la morfología de las muestras obtenidas mediante microscopia 
electrónica de barrido. 
➢ Determinar su desempeño como pigmento cerámico al aplicarlo sobre 
porcelanas. 
2.2 Hipótesis 
La intensidad del color violeta de los pigmentos cerámicos Sn1-xCrxO2, de alta 
temperatura, es función de la concentración del ion Cr3+. 
 
 
51 
 
Capítulo 3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 
3.1 Procedimiento experimental para la síntesis Sn1-xCrxO2 para x= 0.01, 
0.03 y 0.06 
La metodología empleada para la síntesis de los polvos cerámicos se resume en la 
figura 3.1 
Figura 3.1 Diagrama de flujo para la metodología de síntesis 
 
52 
 
3.1.1 Síntesis del sistema Sn1-xCrxO2 por método en estado sólido 
El sistema Sn1-xCrxO2 (0.01≤x≤0.06) se preparó mediante el método de reacción en 
estado sólido partiendo los óxidos metálicos de acuerdo con la siguiente reacción 
química: 
(1 − 𝑥)𝑆𝑛𝑂2 + (
𝑥
2
) 𝐶𝑟2𝑂3
∆
→ 𝑆𝑛1−𝑥𝐶𝑟𝑥𝑂2 … (𝑒𝑐. 3.1) 
Donde “x” representa la composición molar (%) de los iones Cr3+. 
Los cálculos estequiométricos se realizaron para obtener 2g de producto en todos 
los casos, estos cálculos aparecen en el anexo 1. Los reactivos se pesaron en la 
proporción molar respectiva y pulverizaron manualmente en un mortero de 
porcelana para obtener una mezcla de reacción homogénea. Estás mezclas se 
calcinaron en aire en un horno eléctrico a diferentes temperaturas hasta encontrar 
la temperatura de síntesis que fue de 1400°C (durante 2 horas). Se